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TWI441441B - 逆變電路 - Google Patents

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TWI441441B
TWI441441B TW100124851A TW100124851A TWI441441B TW I441441 B TWI441441 B TW I441441B TW 100124851 A TW100124851 A TW 100124851A TW 100124851 A TW100124851 A TW 100124851A TW I441441 B TWI441441 B TW I441441B
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TW
Taiwan
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switching element
electrically connected
comparator
gate
switching
Prior art date
Application number
TW100124851A
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English (en)
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TW201304385A (zh
Inventor
Chen Wei Ku
Lei Ming Lee
Ho Huang
Original Assignee
Delta Electronics Inc
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Publication date
Application filed by Delta Electronics Inc filed Critical Delta Electronics Inc
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Priority to US13/475,543 priority patent/US8885375B2/en
Priority to EP12170730.1A priority patent/EP2546970A3/en
Priority to JP2012136685A priority patent/JP5595448B2/ja
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Description

逆變電路
本案係關於一種逆變電路，尤指一種可提升轉換效率，減少生產成本，並防止漏電流產生之逆變電路。
目前人類使用的主要能源為石油，藉由燃燒石油產生所需的動力或電能，例如汽車或燃油式發電機(廠)，然而，石油燃燒過程中產生的高溫與廢氣除了會造成空氣品質惡化外，更會使全球溫室效應惡化。此外，根據全世界石油生產統計，石油產量將於十年內達到高峰，爾後產量將逐年降低，這不僅意味著油價(包括電價)將不再便宜，也可能導致真正石油危機的到來，間接引發全球經濟風暴。
有鑑於此，將再生能源(renewable energy)有效且經濟地轉換為一般民生供電或機械動力，已成為先進科技國家兼顧環保與發電的重要產業發展政策。於太陽能、風能、潮汐能、地熱能、生物廢料能等再生能源中，利用太陽能發電的再生能源發電系統，由於具環保、易於安裝、商品化技術的成熟以及國家計畫性的輔助推動，已成為先進國家發展分散式電源系統的主要選擇。
請參閱第1圖，其係為習知逆變電路的電路示意圖。如第1圖所示，習知逆變電路1係應用於太陽光並網系統，因此亦可稱為光伏 逆變器(Photovoltaic Inverter,PV inverter)，逆變電路1係為非隔離且全橋式的電路架構，主要由一輸入濾波電路10、一全橋式切換電路11以及一輸出濾波電路12所構成，其中輸入濾波電路10係由一第一電容C1所構成，用以接收由太陽能板所產生之直流輸入電壓V-DC，並對直流輸入電壓VDC進行濾波。全橋式切換電路11則與輸出濾波電路12電性連接，且由第一至第四開關元件S1-S4所構成，第一開關元件S1及第二開關元件S2係串聯電性連接，第三開關元件S3以及第四開關元件S4亦串聯電性連接，藉此組成二橋臂式的全橋架構，第一至第四開關元件S1-S4係藉由一控制單元(未圖示)的控制而進行導通或截止的切換運作，藉此使全橋式切換電路11將濾波後之直流輸入電壓VDC轉換為交流調變電壓VT。輸出濾波電路12則與全橋式切換電路11電性連接，且由一第一電感L1、一第二電感L2以及一第二濾波電容C2所構成，輸出濾波電路12係用以濾除交流調變電壓VT的高頻成份，進而輸出一交流輸出電壓Vo至電力網路(Grid)G。
一般而言，全橋式切換電路11之第一至第四開關元件S1-S4係以脈衝寬度調變方式運作，且依第一至第四開關元件S1-S4工作模式的不同還可分為雙極性切換(Bipolar)或是單極性切換(Unipolar)，其中，全橋式切換電路11採用單極性的切換工作模式運作時，由於每次開關切換時僅具有單一橋臂所包含的兩個開關元件在進行高頻切換的作動，使得交流調變電壓VT僅在0至正值的直流輸入電壓VDC之間或是在0至負值的直流輸入電壓VDC之間做變動，因此相較於採用雙極性切換工作模式運作時，第一至第四開關元件S1-S4係高頻進行切換的作動，使得交流調變電壓VT於正半週或負 半週時，係在正值的直流輸入電壓VDC至負值的直流輸入電壓VDC之間做變動，全橋式切換電路11採用單極性的切換工作模式所具有的切換損失係比採用雙極性切換工作模式少，換言之，即效率較高，因此較為符合目前對電器設備節能的嚴格規範，然而當全橋式切換電路11採用單極性的切換工作模式運作時，由於全橋式切換電路11之正輸出端及負輸出端對於逆變電路1內之任意一點的相對電壓在任一切換時間點的相加平均值並無法維持一固定值，導致產生直流輸入電壓V-DC之太陽能板對地之間所存在之寄生電容Cp產生明顯的電壓變化量，進而產生漏電流而危害人體及設備。
請參閱第2圖，其係為另一種習知逆變電路的電路示意圖。如第2圖所示，該逆變電路2係採用中性點箝位(Neutral Point Clamped)電路架構，亦稱為NPC逆變器，該逆變電路2係具有一輸入濾波電路20、一切換電路21以及輸出濾波電路22，其中輸入濾波電路20及輸出濾波電路22的連接關係與功用係與第1圖所示之輸入濾波電路10以及輸出濾波電路12相似，因此於此不再贅述。切換電路21係由第一開關元件至第十二開關元件S1~S12所構成，其中第一開關元件至第六開關元件S1~S6係構成為中性點箝位電路架構之一第一開關支路，第七開關元件至第十二開關元件S7~S12亦構成為中和點位準固定電路架構之一第二開關支路。
當逆變電路2應用於太陽光並網系統時，藉由構成中性點箝位電路架構之第一開關元件至第十二開關元件S1~S12彼此間的導通或截止作動，太陽能板對地之間所存在之寄生電容Cp並不會產生明顯的電壓變化量，故可防止漏電流的產生，然而由於逆變電路2 內係包含12個開關元件，導致逆變電路2的生產成本較為昂貴，更甚者，由於逆變電路2係由12個開關元件在進行導通或截止的運作，因此將導致損耗增加，降低了逆變電路2的轉換效率。
因此如何發展一種可改善上述習知技術缺失，且可同時提昇效率、減少生產成本並降低漏電流產生之逆變電路，實為目前迫切需要解決之課題。
本案之主要目的為提供一種逆變電路，俾解決習知逆變電路應用於太陽光並網系統時，會有漏電流產生、轉換效率不佳及成本過高等缺失。
為達上述目的，本案之較佳實施態樣為提供一種逆變電路，架構於將直流電能轉換為交流電能，係包含：切換電路，架構於接收直流電能，並進行轉換，而於第一及一第二輸出端間輸出交流調變電壓，且包含：第一開關支路，係包含依序串聯電性連接之第一至第三開關元件，第二及第三開關元件間係電性連接第一輸出端；以及第二開關支路，與第一開關支路並聯電性連接，且包含依序串聯電性連接之第四至第六開關元件，第五及第六開關元件間係電性連接第二輸出端；第一續流單元，其一端電性連接於第一及第二開關元件間，另一端電性連接第二輸出端；以及第二續流單元，其一端電性連接於第四及第五開關元件間，另一端電性連接第一輸出端；其中，於正半週時，第一及第六開關元件係同時且持續地導通或截止切換，第二開關元件為導通狀態，於負半週時，係改由第三及第四開關元件同時且持續地導通或截止切換，第五開關元件為導通狀態。
1、2、3‧‧‧逆變電路
10、20、30‧‧‧輸入濾波電路
11‧‧‧全橋式切換電路
12、22、32‧‧‧輸出濾波電路
21、31‧‧‧切換電路
310‧‧‧第一續流單元
311‧‧‧第二續流單元
312‧‧‧第一開關支路
313‧‧‧第二開關支路
33‧‧‧控制單元
330~332‧‧‧第一~第三比較器
333‧‧‧反閘
630~632‧‧‧第一~第三比較器
633‧‧‧第一反閘
634~635‧‧‧第一~第二及閘
636‧‧‧整流裝置
830~831‧‧‧第一~第二反閘
832~833‧‧‧第三~第四及閘
636‧‧‧整流裝置
8‧‧‧直流裝置
9‧‧‧交流負載
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
Cp‧‧‧寄生電容
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
Vo‧‧‧交流輸出電壓
VDC‧‧‧直流輸入電壓
VT‧‧‧交流調變電壓
Vc1~Vc8‧‧‧第一至第八控制訊號
V1~V2‧‧‧第一~第二弦波訊號
VAN~VBN‧‧‧第一~第二相對電壓
V3‧‧‧弦波訊號
V4‧‧‧整流弦波訊號
VTRI‧‧‧三角波訊號
Vr‧‧‧特定電壓值
G‧‧‧電力網路
S1~S12‧‧‧第一至第十二開關元件
A‧‧‧第一輸出端
B‧‧‧第二輸出端
N‧‧‧共接點
D1~D2‧‧‧第一續流二極體~第二續流二極體
T1~T2‧‧‧第一~第二時間
第1圖：其係為習知逆變電路的電路示意圖。
第2圖：其係為另一種習知逆變電路的電路示意圖。
第3圖：其係為本案較佳實施例之逆變電路的電路示意圖。
第4A圖：其係為第3圖之電壓與控制訊號之時序示意圖。
第4B圖：其係為第3圖之交流調變電壓的波形圖。
第5A圖：其係為第3圖所示之控制單元之電路結構示意圖。
第5B圖：其係為第5A圖示所示之電壓與控制訊號的時序示意圖。
第6A圖：其係為第3圖所示之控制單元之另一變化例的電路結構示意圖。
第6B圖：其係為第6A圖示所示之電壓與控制訊號的時序示意圖。
第7圖：其係為第3圖所示之逆變電路之一變化例。
第8A圖：其係為第7圖所示之控制單元之電路結構示意圖。
第8B圖：係為第8A圖所示之部份電壓與控制訊號的時序示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第3圖，其係為本案較佳實施例之逆變電路的電路示意圖。如第3圖所示，逆變電路3可為但不限於應用於太陽光並網系統 ，且為非隔離式的電路架構，其係接收一直流裝置8，例如太陽能板，所產生之直流輸入電壓VDC，並轉換為交流輸出電壓Vo，以提供至一交流負載9，例如交流電器設備或市電網路系統等。
逆變電路3主要包含一輸入濾波電路30、一切換電路31、一輸出濾波電路32以及一控制單元33。其中輸入濾波電路30係分別與直流裝置8之正端及負端電性連接而接收直流輸入電壓VDC，其係用以對直流輸入電壓VDC進行濾波，於本實施例中，輸入濾波電路30可為但不限於由一第一電容C1所構成。
切換電路31係與輸入濾波電路30電性連接，且包含第一至第六開關元件S1~S6、第一續流單元310以及第二續流單元311，切換電路31係藉由第一至第六開關元件S1-S6、第一續流單元310以及第二續流單元311導通或截止之運作而將濾波後之直流輸入電壓VDC轉換，並於一第一輸出端A以及一第二輸出端B之間輸出一交流調變電壓VT。
於本實施例中，第一開關元件S1、第二開關元件S2以及第三開關元件S3係依序串聯電性連接而構成第一開關支路312，且第一開關元件S1之一端係與直流裝置8之正端及輸入濾波電路30之正端電性連接，第三開關元件S3之一端係與直流裝置8之負端及輸入濾波電路30之負端電性連接，此外，第二開關元件S2及第三開關元件S3之間係連接第一輸出端A。第四開關元件S4、第五開關元件S5以及第六開關元件S6係依序串聯電性連接而構成與第一開關支路312並聯電性連接之第二開關支路313，且第四開關元件S4之一端係與直流裝置8之正端及輸入濾波電路30之正端電性連接，第六開關元件S6之一端則與直流裝置8之負端及及輸入濾波電路30 之負端電性連接，此外，第五開關元件S5及第六開關元件S6之間係電性連接第二輸出端B。
第一續流單元310之一端係電性連接於第一開關元件S1以及第二開關元件S2之間，第一續流單元310之另一端則電性連接於第二輸出端B，第一續流單元310用以提供由第二輸出端B至第一開關元件S1與第二開關元件S2間之一續流路徑。第二續流單元311之一端係電性連接於第四開關元件S4以及第五開關元件S5之間，第二續流單元311之另一端則電性連接於第一輸出端A，第二續流單元311用以提供由第一輸出端A至第四開關元件S4與第五開關元件S5間之另一續流路徑。
於上述實施例中，第一續流單元310係由第一續流二極體D1所構成，第二續流單元311係由第二續流二極體D2所構成，其中，第一續流二極體D1之陰極端係電性連接於第一開關元件S1以及第二開關元件S2之間，第一續流二極體D1之陽極端則電性連接於第二輸出端B，第二續流二極體D2之陰極端係電性連接於第四開關元件S4以及第五開關元件S5之間，第二續流二極體D2之陽極端則電性連接於第一輸出端A。
控制單元33係與第一至第六開關元件S1-S6的控制端電性連接，其係產生脈衝寬度調變形式之第一至第六控制訊號Vc1~VC6來分別控制第一至第六開關元件S1-S6導通或截止的切換。
輸出濾波電路32係與切換電路31之第一輸出端A以及第二輸出端B電性連接，且與交流負載9電性連接，用以接收交流調變電壓VT，並濾除交流調變電壓VT之高頻成份，以輸出交流輸出電壓Vo至 交流負載9。於本實施例中，輸出濾波電路32係由一第一電感L1、一第二電感L2以及一第二電容C2所構成，其中第一電感L1之一端係與第一輸出端A電性連接，第二電感L2之一端係與第二輸出端B電性連接，第二電容C2係與第一電感L1、第二電感L2及交流負載9電性連接。
以下將示範性地說明第3圖所示之逆變電路3的作動方式。請參閱第4A及4B圖，並配合第3圖，其中第4A及4B圖係分別為第3圖之電壓與控制訊號之時序示意圖及交流調變電壓的波形圖。如第3、4A及4B圖所示，當於正半週時，例如於0~第一時間T1之間，第一控制訊號Vc1以及第六控制訊號Vc6係以脈衝寬度調變的方式變化，即禁能準位(disabled)及致能準位(eanbled)的交互變化，故第一開關元件S1以及第六開關元件S6係同時且持續地進行導通或截止切換，此外，第三控制訊號Vc3、第四控制訊號Vc4以及第五控制訊號Vc5則持續維持為禁能準位，故第三開關元件S3、第四開關元件S4與第五開關元件S5係為截止狀態，再者，第二控制訊號Vc2則持續維持為致能準位，故第二開關元件S2為導通狀態。
因此，當於正半週而第一開關元件S1以及第六開關元件S6為導通狀態時，直流裝置8所輸出之電流係依序流經第一開關元件S1、第二開關元件S2、第一電感L1、第二電容C2、第二電感L2及第六開關元件S6，故直流裝置8所輸出之直流形式的電能便可藉由逆變電路3之轉換及濾波而以交流形式傳送至交流負載9，同時第一電感L1以及第二電感L2係進行儲能，當於正半週而第一開關元件S1以及第六開關元件S6切換為截止狀態時，由於電感的電流連續特性，故第一電感L1以及第二電感L2所儲存的能量便會以電流的 方式依序流經提供續流路徑之第一續流單元310及為導通狀態之第二開關元件S2，故交流負載9亦可持續地接收到直流裝置8所輸出之電能。
當於負半週時，例如於第一時間T1~第二時間T2之間，第三控制訊號Vc3以及第四控制訊號Vc4係以脈衝寬度調變的方式變化，即禁能準位及致能準位的交互變化，故第三開關元件S3以及第四開關元件S4係同時且持續地進行導通或截止切換，此外，第一控制訊號Vc1、第二控制訊號Vc2以及第六控制訊號Vc6則改由持續維持在禁能準位，故第一開關元件S1、第二開關元件S2及第六開關元件S6係為截止狀態，再者，第五控制訊號Vc5則改由持續維持在致能準位，故第五開關元件S5係為導通狀態。
因此，當於負半週而第三開關元件S3以及第四開關元件S4為導通狀態時，直流裝置8所輸出之電流係依序流經第四關元件S4、第五開關元件S5、第二電感L2、第二電容C2、第一電感L1及第三開關元件S3，故直流裝置8所輸出之直流形式的電能便可藉由逆變電路3之轉換及濾波而以交流形式傳送至交流負載9，同時第一電感L1以及第二電感L2係進行儲能，當於負半週而第三開關元件S3以及第四開關元件S4切換為截止狀態時，由於電感的電流連續特性，故第一電感L1以及第二電感L2所儲存的能量便會以電流的方式依序流經提供續流路徑之第二續流單元311及為導通狀態之第五開關元件S5，故交流負載9亦可持續地接收到直流裝置8所輸出之電能。
請再參閱第4B圖，藉由第一開關元件至第六開關元件S1~S6、第一續流單元310以及第二續流單元311相互搭配，切換電路31所輸出 之交流調變電壓VT於正半週時係在0至正值的一特定電壓值Vr之間做變動，而在負半週則是在0至負值的特定電壓值Vr之間做變動，故切換電路31實際上的作動方式與第1圖所示之習知逆變電路1之全橋式切換電路11採用單極性的切換工作模式運作類似，因此本案逆變電路3之第一至第六開關元件S1-S6作動時的切換損失可減少，進而提昇轉換效率，此外，由圖可知，切換電路31之第一輸出端A及第二輸出端B分別對於逆變電路3內部電路之一特定點的相對電壓，例如對於與直流裝置8所產生之寄生電容Cp(如第3圖所示)電性連接之共接點N的第一相對電壓VAN及第二相對電壓VBN，兩者在任一切換時間點的相加平均值係維持一固定值，故寄生電容Cp上並不會產生明顯的電壓變化量，如此一來，便可減少漏電流的產生，進而降低危害人體及設備的風險，更甚者，相較於第二圖所示之習知逆變電路2係使用了12個開關元件，本案之逆變電路3僅使用了六個開開元件及兩個續流單元在進行導通或截止之運作，因此不但減少逆變電路3的生產成本，亦減少因開關元件作動時所造成的損耗，進而更加提昇了逆變電路3的轉換效率。
於上述實施例中，第一至第六開關元件S1-S6可由金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)所構成，但並不以此為限。
於上述實施例中，第一控制訊號Vc1、第三控制訊號Vc3、第四控制訊號Vc4及第六控制訊號Vc6係為高頻的脈衝寬度調變訊號，第二控制訊號Vc2及第五控制訊號Vc5則為低頻的脈衝寬度調變訊號。
以下將約略說明第3圖所示之控制單元33的電路結構。請參閱第5A及5B圖，並配合第3圖，其中第5A圖係為第3圖所示之控制單元之電路結構示意圖，第5B圖係為第5A圖所示之電壓與控制訊號的時序示意圖。如圖所示，控制單元33係包含一第一比較器330、一第二比較器331、一第三比較器332以及一反閘333，其中第一比較器330之正輸入端係接收一第一弦波訊號V1，第一比較器330之負輸入端則接地，第一比較器330之輸出端係電性連接第二開關元件S2之控制端且輸出第二控制訊號Vc2，第二比較器331之正輸入端係接收第一弦波訊號V1，第二比較器331之負輸入端則接收一三角波訊號VTRI，第二比較器331之輸出端係電性連接第一開關元件S1之控制端及第六開關元件S6之控制端且輸出第一控制訊號Vc1以及第六控制訊號Vc6，第三比較器332之正輸入端係接收一第二弦波訊號V2，該第一弦波訊號V1及第二弦波訊號V2的相位差係180度，第三比較器332的負輸入端係接收三角波訊號VTRI，第三比較器332之輸出端則電性連接第三開關元件S3之控制端以及第四開關元件S4之控制端且輸出第三控制訊號Vc3以及第四控制訊號Vc4，反閘333之輸入端係電性連接於第一比較器330之輸出端，反閘333之輸出端係電性連接於第五開關元件S5之控制端，反閘333係將第二控制訊號Vc2反向，以輸出第五控制訊號Vc5。
當然，控制單元33並不侷限於如上所述之電路結構，於一些實施例中，如第6A及6B圖所示，控制單元33亦可改包含一第一比較器630、一第二比較器631、一第三比較器632、一第一反閘633、一第一及閘634、第二及閘635以及整流裝置636，其中整流裝置636係接收一弦波訊號V3，並將其整流成一整流弦波訊號V4。
第一比較器630之正輸入端係與整流裝置636電性連接而接收整流弦波訊號V4，第一比較器630之負輸入端則接收三角波訊號VTRI，第一比較器630之輸出端係電性連接於第一及閘634之第一輸入端。第二比較器631之正輸入端係接收弦波訊號V3，第二比較器631之負輸入端係接地，第二比較器631之輸出端係與第二開關元件S2之控制端電性連接且輸出第二控制訊號Vc2。第三比較器632之正輸入端係與整流裝置636電性連接而接收整流弦波訊號V4，第三比較器632之負輸入端係接收三角波訊號VTRI，第三比較器632之輸出端係電性連接於第二及閘635之一第一輸入端。
第一反閘633之輸入端係電性連接於第二比較器631之輸出端而接收第二控制訊號Vc2，第一反閘633之輸出端係電性連接第五開關元件S5之控制端，第一反閘633係將第二控制訊號Vc2反向，以於第一反閘633之輸出端輸出第五控制訊號Vc5。第一及閘634之第二輸入端係電性連接於第二比較器631之輸出端而接收第二控制訊號Vc2，第一及閘634之輸出端係電性連接第一開關元件S1之控制端及第六開關元件S6之控制端且輸出第一控制訊號Vc1及第六控制訊號Vc6，第二及閘635之第二輸入端係與第一反閘633之輸出端電性連接而接收第五控制訊號Vc5，第二及閘635之輸出端電性連接第三開關元件S3之控制端及第四開關元件S4之控制端且輸出第三控制訊號Vc3以及第四控制訊號Vc4。
請參閱第7圖、第8A圖及第8B圖，其中第7圖係為第3圖所示之逆變電路之一變化例，第8A圖係為第7圖所示之控制單元之電路結構示意圖，第8B圖係為第8A圖所示之部份電壓與控制訊號的時序示意圖。如第7圖、第8A圖及第8B圖所示，於一些實施例中，第3 圖所示之第一續流單元330及第二續流單元331亦可分別改由第七開關元件S7及第八開關元件S8構成，且第七開關元件S7及第八開關元件S8可為但不限於由金氧半場效電晶體構成，此外，控制單元33亦對應地與第七開關元件S7及第八開關元件S8之控制端電性連接，並輸出一第七控制訊號Vc7以及一第八控制訊號Vc8來分別控制第七開關元件S7及第八開關元件S8之作動。
更甚者，控制單元33內部之電路結構亦相對應的改變，例如相較於第6A圖所示之控制單元33，第8A圖所示之控制單元33更包含了一第二反閘830、一第三反閘831、一第三及閘832，一第四及閘833，其中第二反閘830之輸入端係電性連接於第一比較器630之輸出端，第二反閘830之輸出端係電性連接於第三及閘832之第一輸入端。第三反閘831之輸入端係電性連接第三比較器632之輸出端，第三反閘831之輸出端係電性連接第四及閘833之第一輸入端。第三及閘832之第二輸入端係電性連接第二比較器631之輸出端而接收第二控制訊號Vc2，第三及閘832之輸出端係電性連接第七關關元件S7之控制端且輸出第七控制訊號Vc7。第四及閘833之第二輸入端係電性連接第一反閘633之輸出端而接收第五控制訊號Vc5，第四及閘833輸出端係電性連接第八關關元件S8之控制端且輸出第八控制訊號Vc8。
故當於正半週時，例如於0~第一時間T1之間，第七控制訊號Vc7係以脈衝寬度調變且高頻的方式變化，此外，第七控制訊號Vc7的狀態係與第一控制訊號Vc1以及第六控制訊號Vc6相反，因此當第一開關元件S1以及第六開關元件S6導通時，第七開關元件S7係截止，反之，當第一開關元件S1以及第六開關元件S6截止時，第七開 關元件S7係導通，以於此時提供續流路徑給第一電感L1以及第二電感L2所儲存的能量流入，至於第八控制訊號Vc8則持續維持在禁能準位。
當於負半週時，例如於第一時間T1~第二時間T2之間，第八控制訊號Vc8係以脈衝寬度調變且高頻的方式變化，此外，第八控制訊號Vc8的狀態係與第三控制訊號Vc3以及第四控制訊號Vc4相反，因此當第三開關元件S3以及第四開關元件S4導通時，第八開關元件S8係截止，反之，當第三開關元件S3以及第四開關元件S4截止時，第八開關元件S8係導通，以於此時提供續流路徑給第一電感L1以及第二電感L2所儲存的能量，至於第七控制訊號Vc7則改持續維持在禁能準位。
綜上所述，本案之逆變電路藉由第一開關元件至第六開關元件、第一續流單元以及第二續流單元相互搭配，故可提升轉換效率，減少生產成本，並防止漏電流的產生，進而降低危害人體及設備的風險。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
3‧‧‧逆變電路
30‧‧‧輸入濾波電路
31‧‧‧切換電路
32‧‧‧輸出濾波電路
310‧‧‧第一續流單元
311‧‧‧第二續流單元
312‧‧‧第一開關支路
313‧‧‧第二開關支路
33‧‧‧控制單元
8‧‧‧直流裝置
9‧‧‧交流負載
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
Cp‧‧‧寄生電容
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
Vo‧‧‧交流輸出電壓
VDC‧‧‧直流輸入電壓
VT‧‧‧交流調變電壓
Vc1~Vc6‧‧‧第一至第六控制訊號
S1~S6‧‧‧第一至第六開關元件
D1~D2‧‧‧第一續流二極體~第二續流二極體
A‧‧‧第一輸出端
B‧‧‧第二輸出端
N‧‧‧共接點

Claims (20)

  1. 一種逆變電路，架構於將直流電能轉換為交流電能，係包含：一切換電路，架構於接收該直流電能，並進行轉換，而於一第一及一第二輸出端間輸出一交流調變電壓，且包含：一第一開關支路，係包含依序串聯電性連接之一第一至第三開關元件，該第二及第三開關元件間係電性連接該第一輸出端；一第二開關支路，與該第一開關支路並聯電性連接，且包含依序串聯電性連接之一第四至第六開關元件，該第五及第六開關元件間係電性連接該第二輸出端；一第一續流單元，其一端電性連接於該第一及第二開關元件間，另一端電性連接該第二輸出端；以及一第二續流單元，其一端電性連接於該第四及該第五開關元件間，另一端電性連接該第一輸出端；其中，於正半週時，該第一及第六開關元件係同時且持續地導通或截止切換，該第二開關元件為導通狀態，於負半週時，係改由該第三及第四開關元件同時且持續地導通或截止切換，該第五開關元件為導通狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中，於正半週時，該第三開關元件、該第四開關元件與該第五開關元件為截止狀態，於負半週時，該第一開關元件、該第二開關元件與該第六開關元件為截止狀態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該逆變電路更具有一 控制單元，係與該第一開關元件至該第六開關元件電性連接，架構於分別控制該第一開關元件至該第六開關元件進行導通或截止之作動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之逆變電路，其中該控制單元包含：一第一比較器，該第一比較器之正輸入端係接收一第一弦波訊號，該第一比較器之負輸入端係接地，該第一比較器之輸出端係電性連接該第二開關元件之控制端；一第二比較器，該第二比較器之正輸入端係接收該第一弦波訊號，該第二比較器之負輸入端係接收一三角波訊號，該第二比較器之輸出端係電性連接該第一開關元件之控制端及該第六開關元件之控制端；一第三比較器，該第三比較器之正輸入端係接收一第二弦波訊號，該第三比較器之負輸入端係接收該三角波訊號，該第三比較器之輸出端係電性連接該第三開關元件之控制端及該第四開關元件之控制端；以及一反閘，該反閘之輸入端係電性連接於該第一比較器之輸出端，該反閘之輸出端係電性連接於該第五開關元件之控制端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之逆變電路，其中該第一弦波訊號及該第二弦波訊號的相位差係180度。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之逆變電路，其中該控制單元包含：一整流裝置，係接收一弦波訊號，並整流成一整流弦波訊號；一第一比較器，該第一比較器之正輸入端係電性連接該整流裝置而接收該整流弦波訊號，該第一比較器之負輸入端係接收一三角波訊號；一第二比較器，該第二比較器之正輸入端係接收該弦波訊號， 該第二比較器之負輸入端係接地，該第二比較器之輸出端係電性連接該第二開關元件之控制端；一第三比較器，該第三比較器之正輸入端係電性連接該整流裝置而接收該整流弦波訊號，該第三比較器之負輸入端係接收該三角波訊號；一反閘，該反閘之輸入端係電性連接該第二比較器之輸出端，該反閘之輸出端係電性連接該第五開關元件之控制端；一第一及閘，該第一及閘之第一輸入端係電性連接該第一比較器之輸出端，該第一及閘之第二輸入端係電性連接該第二比較器之輸出端，該第一及閘之輸出端係電性連接該第一開關元件之控制端以及該第六開關元件之控制端；以及一第二及閘，該第二及閘之第一輸入端係電性連接該反閘之輸出端，該第二及閘之第二輸入端係電性連接該第三比較器之輸出端，該第二及閘之輸出端係電性連接該第三開關元件之控制端以及該第四開關元件之控制端。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之逆變電路，其中該第一續流單元由一第七開關元件構成，該第二續流單元由一第八開關元件構成，且該控制單元係與該第七開關元件及該第八開關元件電性連接，以分別控制該第七開關元件及該第八開關元件進行導通或截止之作動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之逆變電路，其中該控制單元係控制該第七開關元件於正半週且該第一開關元件以及該第六開關元件導通時截止，且控制該第七開關元件於正半週且該第一開關元件以及該第六開關元件截止時導通，並控制該第八開關元件於正半週時截止。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之逆變電路，其中該控制單元係控制該第八開關元件於負半週且該第三開關元件以及該第四開關元件導通時截止，且控制該第八開關元件於負半週且該第三開關元件以及該第四開關元件截止時導通，並控制該第七開關元件於負半週時截止。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之逆變電路，其中該第七開關元件以及該第八開關元件係分別以脈衝寬度調變且高頻的方式變化。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之逆變電路，其中該控制單元包含：一整流裝置，係接收一弦波訊號，並整流成一整流弦波訊號；一第一比較器，該第一比較器之正輸入端係電性連接該整流裝置而接收該整流弦波訊號，該第一比較器之負輸入端係接收一三角波訊號；一第二比較器，該第二比較器之正輸入端係接收該弦波訊號，該第二比較器之負輸入端係接地，該第二比較器之輸出端係電性連接該第二開關元件之控制端；一第三比較器，該第三比較器之正輸入端係電性連接該整流裝置接收該整流弦波訊號，該第三比較器之負輸入端係接收該三角波訊號；一第一反閘，該第一反閘之輸入端係電性連接該第二比較器之輸出端，該第一反閘之輸出端係電性連接該第五開關元件之控制端；一第一及閘，該第一及閘之第一輸入端係電性連接該第一比較器之輸出端，該第一及閘之第二輸入端係電性連接該第二比較器之輸出端，該第一及閘之輸出端係電性連接該第一開關元件之控制端以及該第六開關元件之控制端； 一第二及閘，該第二及閘之第一輸入端係電性連接該第一反閘之輸出端，該第二及閘之第二輸入端係電性連接該第三比較器之輸出端，該第二及閘之輸出端係電性連接該第三開關元件之控制端以及該第四開關元件之控制端；一第二反閘，該第二反閘之輸入端係電性連接該第一比較器之輸出端；一第三反閘，該第三反閘之輸入端係電性連接該第三比較器之輸出端；一第三及閘，該第三及閘之第一輸入端係電性連接該第二反閘之輸出端，該第三及閘之第二輸入端係電性連接該第二比較器之輸出端，該第三及閘之輸出端係電性連接該第七開關元件之控制端；以及一第四及閘，該第四及閘之第一輸入端係電性連接該第三反閘之輸出端，該第四及閘之第二輸入端係電性連接該第一反閘之輸出端，該第三及閘之輸出端係電性連接該第八開關元件之控制端。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件、該第四開關元件、該第五開關元件以及該第六開關元件係以脈衝寬度調變的方式運作。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該第一開關元件、該第三開關元件、該第四開關元件以及該第六開關元件係以高頻的方式進行導通或截止切換，該第二開關元件以及該第五開關元件係以低頻的方式進行導通或截止切換。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該逆變電路係為非隔離型。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該逆變電路係應用於太陽光並網系統，且該第一至第六開關元件係由金氧半場效電晶體構成。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該切換電路之該第一輸出端對該逆變電路內之一特定點的一第一相對電壓以及該切換電路之該第二輸出端對該特定點的一第二相對電壓的相加平均值係維持在一固定值。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該第一續流單元係由一第一續流二極體構成，該第一續流二極體之陰極端係電性連接於該第一開關元件以及該第二開關元件之間，該第一續流二極體之陽極端係電性連接於該第二輸出端。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該第二續流單元係由一第二續流二極體構成，該第二續流二極體之陰極端係電性連接於該第四開關元件以及該第五開關元件之間，該第二續流二極體之陽極端係電性連接於該第一輸出端。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該逆變電路更具有一輸入濾波電路及一輸出濾波電路，該輸入濾波電路係與該切換電路電性連接，係架構於接收一直流輸入電壓，並對該直流輸入電壓進行濾波，以輸出濾波後之該直流輸入電壓至該切換電路進行轉換，該輸出濾波電路係與該切換電路電性連接，架構於濾除該交流調變電壓之高頻成份，以輸出一交流輸出電壓。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之逆變電路，其中該第一續流單元架構於提供由該第二輸出端至該第一及第二開關元件間之一續流路徑，該第二續流單元架構於提供由該第一輸出端至該第四及第五開關元件間之另一續流路徑。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI488421B (zh) * 2013-04-03 2015-06-11 Delta Electronics Inc 直流轉交流電源轉換系統及其操作方法
TWI509975B (zh) * 2013-12-18 2015-11-21 Ind Tech Res Inst 單相三階轉換器之調變方法
CN104811076B (zh) 2014-01-28 2018-03-16 台达电子企业管理（上海）有限公司 逆变器及其控制方法
TWI485968B (zh) * 2014-01-29 2015-05-21 Delta Electronics Inc 電源轉換系統及其操作方法
KR101407649B1 (ko) * 2014-03-06 2014-06-17 파워에너텍 주식회사 인버터 시스템
TWI547088B (zh) 2015-01-29 2016-08-21 台達電子工業股份有限公司 直流交流轉換裝置及其操作方法
KR102186028B1 (ko) * 2018-11-27 2020-12-03 한양대학교 에리카산학협력단 임피던스 매칭을 이용한 과전류 제어 장치

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1244799B (it) * 1990-10-19 1994-09-05 Italtel Spa Convertitore cc-ca
JP3386295B2 (ja) * 1995-08-11 2003-03-17 シャープ株式会社 連系形電力変換装置
FI971179A (fi) * 1997-03-20 1998-09-21 Nokia Telecommunications Oy Laite analogisen vaihtojännitesignaalin generoimiseksi tasajännitteestä
JP2000295863A (ja) * 1999-04-06 2000-10-20 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
DE10221592A1 (de) * 2002-05-15 2003-12-04 Fraunhofer Ges Forschung Wechselrichter sowie Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom
DE102006010694B4 (de) * 2006-03-08 2010-01-07 Refu Elektronik Gmbh Wechselrichterschaltung für erweiterten Eingangsspannungsbereich
JP2009089541A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Toshiba Carrier Corp 系統連系インバータ装置
JP5446539B2 (ja) * 2008-08-27 2014-03-19 サンケン電気株式会社 共振型インバータ装置
JP2010075022A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Tabuchi Electric Co Ltd 電力変換装置
TWI373906B (en) * 2009-04-06 2012-10-01 Ablerex Electronics Co Ltd Dc/ac inverter
CN101645662B (zh) * 2009-08-26 2011-11-30 深圳科士达科技股份有限公司 一种逆变器电源装置
CN102088193A (zh) 2011-03-04 2011-06-08 东南大学 光伏并网六开关管全桥逆变器及其控制方法

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